2.2--金风1.5兆瓦风力发电机组测量传感器与模块

1、金风1.5兆瓦风力发电机组测量传感器与模块一一 、温度测量用传感器与模块、温度测量用传感器与模块二二 、转速测量用传感器与模块、转速测量用传感器与模块三三 、振动测量用传感器与模块、振动测量用传感器与模块四、四、 角度测量用传感器与模块角度测量用传感器与模块五、风速、风向测量用传感器与模块五、风速、风向测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块七、其它测量用传感器与模块七、其它测量用传感器与模块课程目录一 、温度测量用传感器与模块 在风力发电机组中，需要监测大量部件的温度，以保证这些部件能够工作在正常的温度下，并及时给机组控制系统提供各个部件的温度情况，使机组的控制

2、系统做出及时反应动作，避免部件温度过高出现损伤及烧毁的问题。在风力发电机组使用的温度传感器主要为温度电阻Pt100和热敏电阻。 在金风1.5兆瓦风力发电机组中温度电阻Pt100用于发电机温度测量、环境温度测量、控制柜温度测量、冷却系统温度测量等。 在金风1.5兆瓦风力发电机组中 热敏电阻用于变桨电机过热保护、偏航电机过热保护、充电器直流预充电保护等。 一 、温度测量用传感器与模块 这种温度传感器是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的。通常这样的温度传感器可以测量负200到正500摄氏度的范围，而且在这个温度范围下，铂的电阻值和温度具有良好的线性关系。 温度电阻Pt10

3、0的特性：0摄氏度时，温度电阻Pt100的电阻值正好是100欧姆，其阻值随温度的上升而上升，随温度的下降而下降，呈现正温度系数特性。温度传感器Pt100 热敏电阻 一 、温度测量用传感器与模块 热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。热敏电阻（PTC）的温度电阻曲线图一 、温度测量用传感器与模块 热敏电阻PTC一般与热敏电阻继电器一起使用，当热敏电阻监测继电器检测到串接在其检测端的电流减小到一定程度时，热敏电阻监测继电器失电动作切断给用电设备的供电，起到保护作用。当电路排除故障后

4、，热敏电阻的阻值会迅速恢复到原来的阻值水平，热敏电阻无需更换而可以继续使用。金风1.5兆瓦风力发电机组中偏航电机的保护中使用了热敏电阻PTC与热敏电阻继电器。 ABB PTC热敏电阻电动机保护继电器二 、转速测量用传感器与模块 目前，风力发电机组中大量使用的转速测量传感器大致上分为两种，一种是接近开关，另外一种是增量式旋转编码器。当然随着技术的发展，其它类型的转速测量模块也被陆续的应用到风力发电领域。 金风1.5兆瓦风力发电机组中叶轮转速的测量是通过接近开关及Overspeed转速模块来实现的，发电机转速测测量是通过Gpluse + Gspeed 转速模块来实现的。接近开关二 、转速测量用传感

5、器与模块接近开关 接近开关是一种不与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制指令。二 、转速测量用传感器与模块 金风1.5兆瓦风力发电机组中叶轮转速的测量是通过接近开关及Over speed 转速模块来实现的。Over Speed叶轮转速测量二 、转速测量用传感器与模块Over Speed模块测速原理Gpulse+Gspeed发电机转速测量 金风1.5兆瓦风力发电机组中发电机转速的测量是通过发电机转速测测量是通过Gpluse + Gspeed 转速模块来实现的。二 、转

6、速测量用传感器与模块二 、转速测量用传感器与模块二 、转速测量用传感器与模块 为了测量机组的异常振动（如叶片的摆振），所有的大型风力发电机组都装有振动测量传感器。一般机组会安装2个监测目的不相同的传感器，一个被用于监测机组的振动频率（或加速度），另一个被用于监测因振动激励而引起的振动幅度。三 、振动测量用传感器与模块机舱加速度测量模块 主要用于检测机舱和塔架的低频振动情况，频率范围为（0.1-20Hz），可以同时测量垂直2个方向的加速度，加速度的测量范围为（-0.5g-+0.5g)。加速度输出信号与输出电压的关系，如下所示：X方向加速度 V ：-0.5g=0V ; 0g=5V ; +0.5g=

7、10VY方向加速度 V ：-0.5g=0V ; 0g=5V ; +0,5g=10V1g - 9,81m/s 金风1.5兆瓦机组中的加速度传感器是使用专用加速度芯片(ADXL322或类似芯片)搭建的专用电路模块。二 、转速测量用传感器与模块ADXL322芯片原理 用芯片来测量机组当前的振动加速度值，并在机组的控制程序中设置了加速度的允许值（或者不同风速的情况下，对应不同的振动加速度限定值），一旦传感器测定到的振动加速度值（X方向或Y方向）超过限定值，机组立即执行相应的保护程序。三 、振动测量用传感器与模块振动开关 振动开关监测的是机组的机舱的振动摆幅，同时也是机组振动的最后一道保护，其开关触点被

8、串接在机组的安全链回路里。常见的振动开关有摆锤式和链球式两种。金风1.5兆瓦风力发电机组中使用的是摆锤式 振动开关。四、 角度测量用传感器与模块 金风1.5兆瓦风力发电机组中，应用角度测量控制部位分别是叶片的变桨角度和偏航的机舱角度。叶片角度采用绝对值旋转编码器测量，偏航的机舱位置角度采用TER凸轮计数器（或称偏航位置传感器）中的旋转变阻器（电位器）测量。四、 角度测量用传感器与模块绝对值旋转编码器 目前，公司使用的绝对值旋转编码器有两种：一种是多圈磁性旋转编码器（堡盟GM400）；另一种是多圈机械旋转编码器（库伯勒sendix编码器）。绝对值旋转编码器的基本结构原理 四、 角度测量用传感器与

9、模块Bit 1Bit 2Bit nselectF/R*strobeshaft infraredtransmitter-LEDpulse diskphoto diodearrayonly for absolute encoderwith code convertercompa-ratorsmemorycode-converteroutputdriverN透镜脉冲盘光电-ASIC磁铁传感器轴LEDASIC数据锂电池cw/ccw, 零位设置, 电池检测四、 角度测量用传感器与模块堡盟GM400基本结构原理 四、 角度测量用传感器与模块库伯勒机械旋转编码器基本结构原理 四、 角度测量用传感器与模块四、

10、 角度测量用传感器与模块四、 角度测量用传感器与模块 由于风力发电机组的发电机电缆及所有电气、通信电缆均从机舱直接引入塔筒 ，直到地面的控制柜及配电柜如果机舱经常向一个方向对风偏航，会引起电缆的严重扭转。因此，风力发电机组的偏航系统都具备扭缆保护的功能。要对电缆进行保护，就必须对机组的偏航位置进行测量、监测并实施限位保护，这就需要用到传感器。金风1.5兆瓦机组中采用TER凸轮计数器（或称偏航位置传感器）进行保护。四、 角度测量用传感器与模块 金风1.5兆瓦机组中，TER凸轮计数器使用旋转变阻器（电位器）采集机组偏航位置，使用内部的凸轮触点及微动开关实施机组的偏航限位保护。四、 角度测量用传感器

11、与模块五、风速、风向测量用传感器与模块 风速和风向是风力发电机组需要测量的重要参数。风速的测量需要使用风速计（仪），风向的测量需要使用风向标。在风电领域常见的风速计为转杯式风速计和超声波测风仪。在风电领域常见的风向计为舵式风向标和超声波测风仪。金风1.5兆瓦风力发电机组使用的是转杯式机械旋转风速仪和尾舵式机械旋转风向标。五、风速、风向测量用传感器与模块风向标风向标风速仪风速仪测量范围测量范围03600.750m/s精确度精确度2%2%FS分辨率分辨率5.6 0.02 m/s起始值起始值 0.7 0.7 m/s输出输出0(4).20 mA = 0.360最大：负载：最大：负载：600欧姆欧姆0(

12、4).20 mA = 0.50 m/s最大负最大负载：载：600欧姆欧姆应用范围应用范围温度：温度：-30+70C；风速；风速 060 m/s电源电源20.28 VDC；450 mA ；heating；electr；controlled ；9 W五、风速、风向测量用传感器与模块单片机420mA210V010V0576Hz0360度度050m/s075m/s机械旋转风速仪、风向标工作原理 六、电能测量用传感器与模块电压互感器 注意：使用过程中电注意：使用过程中电压互感器的二次侧不压互感器的二次侧不能短路，否则会烧坏能短路，否则会烧坏电压互感器。电压互感器。电压互感器元件符号： 六、电能测量用传感

13、器与模块电磁式电压互感器的基本原理电容式电压互感器的基本原理112211KUUCCCUC六、电能测量用传感器与模块霍尔磁平衡式电压互感器的基本原理金风1.5MW水冷变流机组主控柜中的电压互感器六、电能测量用传感器与模块英飞凌水冷变流功率单元的LEM电压互感器六、电能测量用传感器与模块普通电流互感器的基本原理穿心式电流互感器的基本原理六、电能测量用传感器与模块变流器出口的电流互感器六、电能测量用传感器与模块磁场平衡式霍尔电流传感器原理图六、电能测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块 金风1.5兆瓦风力发电机组中使用LEM的霍尔电流互感器和OverCurrent模块进行发电机的过流和不平衡故

14、障的监测保护。当机组发电机出现过流、缺相、不平衡故障时，OverCurrent模块根据霍尔电流互感器测量的电流对发电机断路器的欠压脱扣线圈断电，分断发电机断路器进行保护。六、电能测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块 PAC3200是一种用于面板安装的高性能电力仪表，可用来计量、显示配电系统的 50 个测量变量，集遥测、遥信、遥控于一体，大尺寸 LCD 图形中文显示屏。PAC3200本体集成以太网接口，支持 MODBUS TCP协议。SENTRON PAC3200 SENTRON PAC3200 性能特点性能特点应用：盘面仪表、电气设备远程控制、基本电能质量监测;遥测：三相电压、电流、功

15、率、功率因数、频率、电度等;遥信：开关运行状态或故障状态等信号，本体带1个DI、DC24V;遥控：远程控制分或合闸，本体带1个DO;通讯：集成以太网接口，支持Modbus TCP;通讯扩展：可插接PROFIBUS-DP和MODBUS-RTU通讯模块;大尺寸LCD图形显示屏，中文或多语言显示;采用标准型密封，防护等级达到 IP65;结构紧凑，占用空间小 。电能表PAC3200 金风1.5兆瓦风力发电机组中机组的电能测量及统计使用的是西门子的伍德沃德的MFR300模块或PAC3200模块。六、电能测量用传感器与模块伍德沃德MFR 300测量保护模块 MFR 300利用采样测量值方法测量变化的电压/

16、电流值。使用5kHz的速率采样每一相的所有数据，在一周期内进行积分运算，通过计算得到均方根值。有功功率值通过计算电流和电压相乘值的积分得到的。频率是由电压过零的间隔时间确定的。无功功率是通过电压和电流之间的相位移计算得到的。功能： 4 个可自由配置的转换继电器 1 个自检继电器 CAN bus接口LED1: LED1常亮绿色，表示设备已经自检正常。LED2: LED2变成红色， 表示CAN bus的3个传送PDOs被配置成“SYNC”传送方式并且在3秒内没有收到CAN SYNC消息。六、电能测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块七、其它测量用传感器与模块 限位保护或位置测量行程开关 金风1.5兆瓦风力发电机组中变桨系统使用行程开关，进行变桨系统位置的限制以进行安全保护。行程开关行程开关结构与按钮类似，但